Uus molekul päikeseenergia potentsiaali tohutuks võimendamiseks

Päike pole mitte ainult kõige rikkalikum inimesele teadaolev energiaallikas, vaid see on lõpmatult taastuv, kuni see alles on. See toodab jätkuvalt hämmastavalt palju energiat igapäevaselt, olgu see siis vihmasajus või säras. Päikeseenergiat saab koguda ja salvestada mitmel erineval viisil ning päikeseenergia kasutamine ei eralda kasvuhoonegaase, mis võib aidata vähendada kliimamuutuste mõju. Nendel põhjustel valitakse päikeseenergiat üha enam taastuvenergia esmaseks allikaks. On vaid aja küsimus, millal inimkond leiab võimalusi päikeseenergia tõhusamaks kasutamiseks – näiteks allpool kirjeldatud uuendus.

Päikesevalgusega manipuleerimine

Päikeseenergial on kaks peamist tüüpi: fotogalvaanika (PV) ja kontsentreeritud päikeseenergia (CSP), mida tuntakse ka päikesesoojusenergiana. Fotogalvaanika muudab päikesevalguse otse elektriks, kasutades päikesepaneelides olevaid päikesepatareisid. Kontsentreeritud päikeseenergia kasutab päikesevalgust vedeliku soojendamiseks, mis toodab auru ja annab energia tootmiseks turbiini. PV moodustab praegu 98% ülemaailmsest päikeseenergiast, ülejäänud 2% moodustab CSP.

PV ja CSP erinevad nende kasutusviiside, toodetava energia ja ehitamiseks kasutatavate materjalide poolest. PV-ga toodetava energia kasutegur jääb päikesepaneeli suurusega muutumatuks, mis tähendab, et väiksema päikesepaneeli kasutamine suuremale päikesepaneelile ei suurenda energiatootmise kiirust. Selle põhjuseks on tasakaalustussüsteemi (BOS) komponendid, mida kasutatakse ka päikesepaneelides, sealhulgas riistvara, kombineerimiskarbid ja inverterid.

CSP-ga on suurem parem. Kuna see kasutab päikesekiirte soojust, siis mida rohkem päikesevalgust saab koguda, seda parem. See süsteem on väga sarnane tänapäeval kasutusel olevatele fossiilkütustel töötavatele elektrijaamadele. Peamine erinevus seisneb selles, et CSP kasutab peegleid, mis peegeldavad päikesevalguse soojust vedelike soojendamiseks (söe või maagaasi põletamise asemel), mis toodavad turbiinide pööramiseks auru. Seetõttu sobib CSP hästi ka hübriidjaamadele, nagu kombineeritud tsükliga gaasiturbiinid (CCGT), mis kasutavad päikeseenergiat ja maagaasi turbiinide pööramiseks energia tootmiseks. CSP-ga toodab sissetulevast päikeseenergiast saadav energia ainult 16% netoelektrist. CCGT energiatoodang annab ~55% netoelektrist, palju rohkem kui CSP üksi.

Alandlikest algustest

Anders Bo Skov ja Mogens Brøndsted Nielsen Kopenhaageni ülikoolist püüavad välja töötada molekuli, mis on võimeline koguma, salvestama ja vabastama päikeseenergiat tõhusamalt kui PV või CSP. Kasutades dihüdroasuleen/vinüülhepta fulvene süsteemi ehk lühidalt DHA/VHF, on paar teinud oma uurimistöös suuri edusamme. Üks probleem, millega nad alguses kokku puutusid, oli see, et DHA/VHF-molekulide salvestusmahu suurenedes vähenes võime hoida energiat pikema aja jooksul. Keemiaosakonna professor Mogens Brøndsted Nielsen ütles: "Hoolimata sellest, mida me selle vältimiseks tegime, muudavad molekulid oma kuju tagasi ja vabastavad salvestatud energia juba tunni või kahe pärast. Andersi saavutus oli see, et ta suutis kahekordistada molekuli energiatihedust, mis suudab oma kuju säilitada sada aastat. Meie ainus probleem on nüüd see, kuidas me saame selle energia uuesti vabastada. Tundub, et molekul ei taha oma kuju uuesti muuta.

Kuna uue molekuli kuju on stabiilsem, suudab see energiat kauem hoida, kuid muudab ka sellega töötamise lihtsamaks. On teoreetiline piir, kui palju energiat teatud molekulide ühik mahutab, seda nimetatakse energiatiheduseks. Teoreetiliselt võib 1 kilogramm (2.2 naela) niinimetatud "täiuslikku molekuli" salvestada 1 megadžauli energiat, mis tähendab, et see suudab hoida maksimaalsel hulgal energiat ja vabastada seda vastavalt vajadusele. Sellest energiast piisab ligikaudu 3 liitri (0.8 galloni) vee soojendamiseks toatemperatuurist keemiseni. Sama kogus Skovi molekule suudab kuumutada 750 milliliitrit (3.2 liitrit) toatemperatuurist keemiseni 3 minutiga või 15 liitrit (4 gallonit) ühe tunniga. Kuigi DHA/VHF molekulid ei suuda salvestada nii palju energiat kui "täiuslik molekul", on see märkimisväärne kogus.

Molekuli taga olev teadus

DHA/VHF süsteem koosneb kahest molekulist, DHA-st ja VHF-st. DHA molekul vastutab päikeseenergia salvestamise eest ja VHF vabastab selle. Nad teevad seda väliste stiimulite, antud juhul päikesevalguse ja kuumuse mõjul kuju muutmisega. Kui DHA puutub kokku päikesevalgusega, salvestab see päikeseenergia, muutes seda tehes molekuli kuju VHF-vormiks. Aja jooksul kogub VHF soojust, kui see on piisavalt kogunud, naaseb see DHA-vormingusse ja vabastab päikeseenergia.

Päeva lõpuks

Anders Bo Skov on uuest molekulist üsna põnevil ja seda põhjusega. Kuigi see ei suuda veel energiat vabastada, ütleb Skov: "Päikeseenergia salvestamise osas on meie suurim konkurents liitium-ioonakud ja liitium on mürgine metall. Minu molekul ei eralda töötamise ajal ei CO2 ega muid keemilisi ühendeid. See on "päikesevalguse sisselülitamine". Ja kui molekul ühel päeval kulub, laguneb see värvaineks, mida leidub ka kummeliõites. Molekuli ei kasutata mitte ainult protsessis, mille kasutamise ajal eraldub vähe või üldse mitte kasvuhoonegaase, vaid kui see lõpuks laguneb, muutub see inertseks kemikaaliks, mida looduses leidub keskkonnas.